对于某项机器设计任务,对所有可能的机器配置进行深入的数值模拟是一项极其耗时且计算密集的任务。本文提出的功率密度问题解析公式具有为各种机器配置估算功率密度的优势。同时,它促进了机器设计,这种设计基于对整个解决方案范围的内在理解,而不是基于数值优化方案,因为在数值优化方案中,全局层面的收敛行为通常难以评估和确保。虽然解析公式缺乏有限元模拟的精度,但它将可能的解决方案范围缩小到一定程度,从而可以通过合理的时间和计算工作量进行详细的数值模拟。
作者感谢加州能源委员会对本项目的支持,并感谢前项目经理 Prab Sethi 先生在整个项目期间的耐心和周到指导。研究团队还感谢 Kaycee Chang 女士接任该项目并担任项目经理,并在项目最后一年给予宝贵指导。团队还感谢其所在机构的管理部门的支持。大部分工作是由研究生 Cheng Chen 博士和 Amir Sharafi 先生完成的。团队还感谢加州大学默塞德分校机械工程系的本科生在项目期间提供的帮助。他们是 Jason Flores、Ralph Louie Dela Pena、Priscilla Mendoza、Helen Ayala 和 Steven Ortiz-Donato。研究团队对他们对项目的奉献深表感谢。
引言由于其成熟度,可靠性和高功率密度,在国防工业中众所周知,在“一击”系统中使用的热电池是众所周知的。他们不需要充电,没有加热,没有用于运输/存储的物流约束,也没有专用的地面安装。热电池提供任何储备电池技术的最高功率密度,并且不受压力,温度,湿度等环境条件的影响。它们可用于并联或系列连接的几组电池组中,从而提供模块化。可以在发射之前激活热电池,并在无负载的“空闲时间”中安全地坐在高功率放电之前的几分钟内。拥有如此悠久的记录,热电池是支持空间和防御工业中不断增长的需求的绝佳解决方案。在国防行业的先前应用中已证明了将LAN阳极用于热电池的使用。lan由纯锂阳极组成,在机械上固定以允许实施实施,而无需将锂与另一种材料合并。由于LAN阳极的固有性能特征,它已用于需要在相对较小的电池量内进行高功率输出的应用。设计注意事项电流密度:热电池通常以1A/cm2的稳态电流密度运行,在数百毫秒内持续时间短,持续时间短的高电流脉冲为10A/cm2。解决此问题的主要手段是通过实现满足高电流需求的实际实现需要增加电池量,并具有增加电压和电池表面积的目标。
致谢:这项工作由奥地利联邦气候,环境,能源,流动性,创新和技术以及奥地利联邦数字和经济事务部的资助,并由奥地利WirtschaftService(AWS)和奥地利研究促进机构(FFG)实施,在欧洲共同利益的框架中(iPcecei)(ipcei)框架(ipcei)(ipcei)的框架。IPCEI关于微电子的IPCEI还由来自德国,法国,意大利和英国的公共当局资助。
电子产品。 [1–3] 然而,电子设备数量的迅速增加引发了严重的环境问题,因为通过填埋不当处理科技废物、使用有毒物质以及大量的碳足迹对自然构成了巨大威胁。 [4] 由于回收利用往往不切实际且成本高昂,如果能够缩小与传统电子产品的性能差距,新兴的可降解电子产品将提供一种可持续的解决方案。 [5] 对于可拉伸系统,这对所用材料的机械性能提出了严格的要求。包括传感器在内的保形电子皮肤完全是柔软的,但为了达到高度的不可感知性,需要可拉伸的设备。 拉伸性使其对使用过程中的表面和变形的适应性更高。 [6] 此类设备的可生物降解版本需要开发与其保形性和可降解性相匹配的电源。 [7] 据报道,完全可降解超级电容器能够为手表供电,且具有高面积电容,但它们的低能量密度和负载下工作电压线性下降使得它们不适合耗电的电子应用。 [8,9] 另一方面,可拉伸电池提供稳定的工作电压和更长运行时间所需的高能量密度。 到目前为止,这些设备主要利用不可降解和有毒材料的优势。 [10–12] 虽然完全可降解软电池在功率输出方面有所改进,但它们还无法与不可降解设计相媲美,而且它们的可拉伸实现仍处于起步阶段。 [13–15] 刚性可降解电源通常利用镁、铁或钼等金属的高理论能量密度,但实现相同的可拉伸版本仍然是一个挑战。 [16,17] 此类金属通常几乎不表现出超出一定程度的不可逆延展性的固有拉伸性。这可以通过各种后处理方法(例如薄膜屈曲、刚性岛设计)来解决,但是,这些方法需要简单易行,并且不能过度损害性能。[18] 预拉伸基板上的电极膜屈曲虽然提供了可逆拉伸性,但迄今为止仅报道了不可降解电极材料,如聚二甲基硅氧烷-碳纳米管复合材料或金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 箔。[19,20] 此类
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b'片上微型超级电容器(MSC)是最有前途的器件之一,可集成到微/纳米级电子设备中以提供足够的峰值功率和能量支持。然而,较低的工作电压和有限的能量密度极大地限制了它们更广泛的实际应用。在此,设计了基于Ti3C2TxMXene作为负极、活性炭作为正极的高压片上MSC,并通过一种新颖的切割喷涂法简单地制造了它。通过解决MXene的过度极化,单个非对称片上MSC可以在中性电解质(PVA / Na2SO4)中提供高达1.6V的电位窗口,并具有7.8 mF cm2的高面积电容(堆栈比电容为36.5 F cm3)和大大提高的能量密度3.5 mWh cm3在功率密度为100 mW cm3时,这远远高于其他片上储能产品。此外,MSC 表现出优异的容量保持率(10,000 次循环后仍保持 91.4%)。更重要的是,MSC 可以轻松扩大为硅晶片上串联和/或并联的高度集成阵列。显然,这项研究为开发用于片上电子产品和便携式设备的高压 MXene 基 MSC 开辟了新途径。'